張繼芬

（華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

1 電壓降的意義及其允許范圍

1.1 電壓降的意義

電纜傳輸電能過程中存在一定的電能損耗，因此出現(xiàn)電壓降低的情況不可避免。對于用電設(shè)備當(dāng)端子電壓實際值偏離額定值時，性能將直接受到影響。電壓降超過設(shè)備允許范圍時，設(shè)備將無法啟動。即使電壓降在允許范圍，長期低電壓運(yùn)行也會損壞設(shè)備。因此，在長距離供配電設(shè)計時，需要考慮回路壓降的影響[1]。

1.2 允許的電壓降

1.2.1 用電設(shè)備端子的電壓偏差

用電設(shè)備端子的電壓偏差允許值如表1所示。在實際工程中，電壓偏差允許值通常要兼顧經(jīng)濟(jì)性，并考慮用電設(shè)備的具體運(yùn)行狀況。例如，對于不經(jīng)常使用、使用時間短暫且次數(shù)很少的設(shè)備以及少數(shù)遠(yuǎn)離變電站的用電設(shè)備等，電壓偏差允許范圍可以適當(dāng)放寬。信息技術(shù)設(shè)備對電壓質(zhì)量要求較高，但是這些設(shè)備往往帶有專用穩(wěn)壓電源裝置，這時對供電電壓偏差要求也可適當(dāng)放寬[2,3]。

表1 用電設(shè)備端子電壓偏差允許值

2 電壓降的計算

電壓降通常用系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示。三相系統(tǒng)中，以線電壓為基準(zhǔn)的電壓降百分?jǐn)?shù)的計算為：

式中，Δu為電壓降百分?jǐn)?shù)；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，單位kV；I為負(fù)荷電流，單位A；cosφ為負(fù)荷的功率因數(shù)；R和X分別為串聯(lián)元件的電阻和電抗（感抗），單位Ω[4]。

2.1 變壓器電壓降

變壓器電壓降計算方式為：

式中，ΔuT為變壓器電壓降百分?jǐn)?shù)；SrT為變壓器額定容量，單位kVA；ua為變壓器阻抗電壓的有功分量；ur為變壓器阻抗電壓的無功分量；uT為變壓器阻抗電壓；ΔPT為變壓器的短路損耗，單位kW；β為變壓器的負(fù)荷率；cosφ為負(fù)荷的功率因數(shù)。

可見，影響變壓器電壓降的因素中，與負(fù)荷相關(guān)的兩個因素是功率因素和負(fù)荷率。假定負(fù)荷率為1即滿負(fù)荷，不同容量變壓器在不同功率因數(shù)下，常見配電變壓器的電壓降如表2所示。表2中，SC（B）10型干式變壓器，容量不大于630 kVA時，阻抗電壓百分比低于4%；對于630 kVA的容量，括號內(nèi)的數(shù)據(jù)為阻抗電壓為6%時的值；容量小于630 kVA時，阻抗電壓百分比為6%。實際工程中，變壓器負(fù)荷率通常不為1。根據(jù)變壓器電壓降公式，實際電壓降可用實際負(fù)荷率與表1中的數(shù)據(jù)相乘得出實際運(yùn)行變壓器的電壓降。

表2 不同功率因數(shù)下滿負(fù)荷10（20或6） kV/0.4 kV變壓器的電壓降

2.2 線路電壓降

工程中，三相平衡負(fù)荷線路電壓降計算為：

式中，ΔuL為線路電壓降百分?jǐn)?shù)；Un為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，單位為kV；I為負(fù)荷電流，單位為A；cosφ為負(fù)荷功率因數(shù)；R'和X'分別指三相線路單位長度的電阻和電抗，單位Ω/km[4]。為便于工程設(shè)計，將常用電纜線路的單位電流長度的電壓降百分比羅列成表，其中1 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統(tǒng)的電壓降如表3所示，再使用式（6）進(jìn)行計算：

式中，Δu%指三相線路單位電流長度的電壓降百分?jǐn)?shù)，單位為%/（A·km）

3 實例探討

某變電所設(shè)有一臺1 250 kVA干式動力變壓器，uT%=6%，實際運(yùn)行負(fù)荷率在0.86，功率因數(shù)0.95，分接頭在“0”位置，其二次側(cè)為附近用電設(shè)備供電。距離變電所600 m處設(shè)有一處水泵房，水泵房設(shè)有負(fù)荷中心，負(fù)荷以水泵類電動機(jī)為主，負(fù)荷計算量約為200 kVA。

在探討配電回路電壓降問題時，應(yīng)先設(shè)定一個前提，即通常電力系統(tǒng)在采取各級調(diào)壓措施后，用戶供電處的電壓雖有變化，但一般與系統(tǒng)標(biāo)稱偏差不大（與上級變電站距離特別遠(yuǎn)的可能有所差距）。也就是說，根據(jù)現(xiàn)階段國家電網(wǎng)變電站布局，大部分配電變電站的變壓器高壓側(cè)可視為標(biāo)稱電壓。為了更一步穩(wěn)定電壓降，提高功率因數(shù)，在配電低壓側(cè)處裝設(shè)自動跟蹤無功功率補(bǔ)償裝置。

表3 1 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用于三相380 V系統(tǒng)的電壓降

水泵房負(fù)荷類型為電動機(jī)類型為主的負(fù)荷。根據(jù)表1可知，允許偏差在±5%。換言之，在配電回路中，變壓器和電纜產(chǎn)生的壓降不能超過此限值。由于變壓器本身有調(diào)壓作用，在零接頭時可以調(diào)壓5%。因此，在配電回路允許電壓降總和為10%。

此案例中，變壓器為干式變壓器，uT%=6%，β=0.86，cosφ=0.95。根據(jù)式（2）和表2，可以得出變壓器電壓降ΔuT=2.59%×0.86=2.227 4%；低壓側(cè)線路允許電壓降ΔuL=10%-2.227 4%=7.772 6%≈7.77%。負(fù)荷容量為200 kVA，主配電回路額定電流I=303.88 A。結(jié)合電纜載流量、環(huán)境溫度、敷設(shè)方式以及短路熱穩(wěn)定等因素，初選電纜YJV-0.6/1-3×150。校驗此電纜電壓降問題，根據(jù)表3可知Δui%≈0.075%，線路部分電壓降ΔuL=0.074%×303.88×0.6=13.674%，大大超過了允許電壓降，不可采用。

重新選定電纜，采用大一級型號電纜YJV-0.6/1-3×185。根據(jù)表3可知Δui%≈0.064%，線路部分電壓降ΔuL=0.064%×303.88×0.6=11.67%，顯然大大超過了允許電壓降。進(jìn)行倒推，線路允許電壓降為7.77%，電纜長度為0.6 km，電流為303.88 A，允許的Δui%≈0.042%。因此，單純通過增加電纜截面降低回路電壓降不可行。

采用雙拼電纜2×YJV-0.6/1-3×150，根據(jù)表3可知Δui%≈0.075%，線路部分電壓降ΔuL=0.074%×151.94×0.6=6.837 3%，滿足電壓降要求。

實際運(yùn)行中，變壓器負(fù)荷率是不斷變化的，變壓器的電壓降也隨之變化。電壓降處于一個范圍，實例中給出的是最大負(fù)荷時刻的負(fù)荷率，此時的電壓降最大，作為最不利條件，用以配電回路的設(shè)計?？梢?，當(dāng)負(fù)荷容量大且距離配電變壓器較遠(yuǎn)時，需要著重考慮電壓降的問題。本案例中采取雙拼電纜，降低了系統(tǒng)阻抗和電壓降，但不具備很好的經(jīng)濟(jì)性。除本案例方法外，還可以綜合其他負(fù)荷情況考慮調(diào)節(jié)配電變壓器的分接頭，利用變壓器自身調(diào)節(jié)電壓的能力緩解電壓降，是一個相對經(jīng)濟(jì)的方法。

4 改善電壓降的主要方法

4.1 補(bǔ)償無功功率

在配電近端投入電容器，可以有效減少線路及變壓器電壓降。電力負(fù)荷實時變化，負(fù)荷較低，功率因數(shù)偏高時適度減少電容器組投入的容量，能夠合理補(bǔ)償無功功率和調(diào)整電壓偏差。低壓電容器的效果顯著，設(shè)有自動跟蹤裝置，可以按照功率因數(shù)或電壓水平調(diào)整投入電容器容量。

4.2 降低系統(tǒng)阻抗

盡量縮短線路長度，采用電纜代替架空線，也可加大電纜或者導(dǎo)線的截面等。

4.3 選擇合適的變壓器和電壓分接頭

對于無載調(diào)壓變壓器，根據(jù)實際運(yùn)行積累的數(shù)據(jù)合理選擇電壓分接頭，使得電壓降保持在合理范圍。但是，這種措施并不能縮小正負(fù)值偏差之間的范圍。

4.4 采用有載調(diào)壓變壓器

大于35 kV電壓的變電站中的降壓變壓器直接向下一級電網(wǎng)送電時，應(yīng)采用有載調(diào)壓變壓器，且采用逆向調(diào)壓。20 kV、10 kV以及6 kV配電變壓器不宜采用有載調(diào)壓變壓器，但在當(dāng)?shù)仉娫措妷浩畈荒軡M足要求且用戶對電壓有要求嚴(yán)格的設(shè)備，單獨(dú)設(shè)置調(diào)壓裝置技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理時宜采用有載調(diào)壓變壓器。

5 結(jié) 論

為解決長距離配電回路電壓降問題，配點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下3點(diǎn)要求。第一，穩(wěn)定的供電電壓。在配電設(shè)計中，從發(fā)電端到供電前端，通過電力系統(tǒng)自身調(diào)壓等調(diào)壓手段，默認(rèn)到供電前端時電壓大致穩(wěn)定在系統(tǒng)標(biāo)稱電壓上。若發(fā)現(xiàn)此項不能滿足，則需要在此處先行調(diào)壓改善。第二，自動跟蹤補(bǔ)償。電壓偏差是個范圍，隨著負(fù)荷的不斷變化，功率因數(shù)和負(fù)荷率也在變化。為了穩(wěn)定電壓偏差和提高功率因數(shù)，在配電近端安裝自動跟蹤無功功率補(bǔ)償。第三，合理的供電方案。當(dāng)二次側(cè)負(fù)荷離配電變壓器較遠(yuǎn)時，需考慮電壓降問題，選擇合理的供電方案和供電設(shè)備選型。